專利名稱：投影顯示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用投影透鏡進(jìn)行圖像顯示的投影顯示器。
背景技術(shù)：
光學(xué)模塊作為投影器(投影顯示器)的ー個(gè)主要組件，通常配置有包括光源的照明光學(xué)系統(tǒng)(照明系統(tǒng))和包括光調(diào)制裝置和投影透鏡的投影光學(xué)系統(tǒng)。在這種投影器的領(lǐng)域中，稱作顯微投影器的小(手掌大小)且輕便的便攜式投影器開始普及。此外，現(xiàn)在提出在投影器內(nèi)結(jié)合自動(dòng)聚焦(AF)機(jī)構(gòu)，以便改進(jìn)用戶便利性(例如，參看日本專利No. 3960972 )。

發(fā)明內(nèi)容
如日本專利No. 3960972中所公開的具有AF機(jī)構(gòu)的投影器在其主體中包括這種機(jī)構(gòu)(機(jī)械結(jié)構(gòu))。因此，例如，在投影器用于上述顯微投影器的情況下，盡管AF機(jī)構(gòu)提供免聚焦功能，但該機(jī)構(gòu)會(huì)成為抑制投影器的尺寸減少的原因。因此期望提出實(shí)際上的免聚焦功能(即，不用必須實(shí)質(zhì)上進(jìn)行聚焦)以改進(jìn)用戶便利性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)尺寸的減小。期望提供ー種投影顯示器，其允許改進(jìn)用戶便利性，同時(shí)實(shí)現(xiàn)尺寸的減小。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的投影顯示器包括光源部；光調(diào)制元件，基于圖像信號(hào)調(diào)制從光源部發(fā)出的光；以及投影透鏡，將由光調(diào)制元件調(diào)制的光投影到投影平面上，其中，滿足下列公式(I)和(2){(4FR，)/CT TphR)} ^ 0. 015...... (I)W，く 0. 5...... (2)其中F為投影透鏡的F-數(shù);W’為光調(diào)制元件的對(duì)角線尺寸(英寸數(shù))；ph為光調(diào)制元件的ー邊方向上的像素?cái)?shù)；T為投影顯示器本身的投影縮放比(=投影距離s/在投影面上的投影圖像的ー邊方向上的距離L);R為投影透鏡的出瞳的半徑；1為在投影透鏡的出瞳中的光量分布中，沿徑向?qū)_(dá)到出瞳的半徑R的光量進(jìn)行積分得到的光積分量；以及I’(=1/2)為在出瞳中的光量分布中，以所述光量分布的重心為中心，沿徑向?qū)_(dá)到預(yù)定半徑R’的光量進(jìn)行積分得到的積分光量。在根據(jù)本發(fā)明的上述實(shí)施方式的投影顯示器中，從光源部發(fā)出的光由光調(diào)制元件根據(jù)圖像信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，并且調(diào)制光被投影透鏡投影到投影平面上。這里，滿足公式(I)和
(2)，由此景深増加，并且實(shí)現(xiàn)實(shí)際上的免聚焦功能，而不需要在投影顯示器中結(jié)合AF機(jī)構(gòu)和/或其他機(jī)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的上述實(shí)施方式的投影顯示器，滿足公式(I)和(2)，允許實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)上的免聚焦功能，而不需要在投影顯示器中結(jié)合AF機(jī)構(gòu)和/或其他機(jī)構(gòu)。因此投影顯示器允許改進(jìn)用戶便利性同時(shí)實(shí) 現(xiàn)尺寸的減少。應(yīng)當(dāng)理解，上文概述以及下面的詳細(xì)說明都是示例性的，并且g在提供如所要求的技術(shù)的進(jìn)ー步解釋。


為了提供對(duì)本公開進(jìn)一歩的理解，本申請(qǐng)包括附圖，并將附圖合并到說明書中構(gòu)成本說明書的一部分。該附圖對(duì)實(shí)施方式進(jìn)行圖解，并與本說明書一起對(duì)本技術(shù)的原理進(jìn)行說明。圖1是示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的投影顯示器的整體構(gòu)造的圖示。圖2是示出圖1中示出的光調(diào)制元件的示例性詳細(xì)構(gòu)造的示意圖。圖3是用于說明投影顯示器的投影縮放比的示意圖。圖4是示出在投影距離“s”和近側(cè)投影距離Si之間和投影距離“s”和遠(yuǎn)側(cè)投影距離s2之間的關(guān)系的實(shí)例的特性圖。圖5是用于說明偽F-數(shù)F’的定義的示意圖。圖6A和6B是示出使用偽F-數(shù)F’確定的實(shí)質(zhì)上的免聚焦范圍的實(shí)例的特性圖。圖7A至圖7C均為示意性示出投影透鏡的出瞳的光量分布的示意圖。圖8是示出根據(jù)變形例的光調(diào)制元件的示例性構(gòu)造的示意圖。
具體實(shí)施例方式在下文中，將參考附圖詳細(xì)描述本公開的實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)注意，按照下列順序進(jìn)行描述。1.實(shí) 施方式(其中光學(xué)調(diào)制元件的每個(gè)像素具有正方形狀的實(shí)例)。2.變形例(其中光學(xué)調(diào)制元件的每個(gè)像素具有矩形狀的實(shí)例)。3.其他變形例[實(shí)施方式][投影顯示器3的整體構(gòu)造]圖1示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的投影顯示器(投影顯示器3)的整體構(gòu)造。投影顯示器3是將圖像(圖像光)投影到屏幕30 (投影面)上的顯示器(投影器)，其包括照明系統(tǒng)I和用于使用來自照明系統(tǒng)I的照明光進(jìn)行圖像顯示的光學(xué)系統(tǒng)(顯示器光學(xué)系統(tǒng))。(照明系統(tǒng)I)照明系統(tǒng)I包括紅光激光器IlR ;綠光激光器IlG ;藍(lán)色激光器IlB ;透鏡12R、12G、和12B ;ニ向色棱鏡131和132 ;光學(xué)元件14 ;驅(qū)動(dòng)部15 ;準(zhǔn)直透鏡16 ;復(fù)眼透鏡17和聚光透鏡18。應(yīng)當(dāng)注意ZO表示圖1中的光軸。紅光激光器I IR、綠光激光器IlG和藍(lán)色激光器IlB是分別發(fā)射紅色激光、綠色激光和藍(lán)色激光的三種類型光源。這些激光源構(gòu)造光源部。也就是說，在這里三種類型光源每個(gè)都是激光源。例如，紅光激光器11R、綠光激光器IlG和藍(lán)光激光器IlB均由半導(dǎo)體激光器或者固態(tài)激光器構(gòu)造。例如，在激光源均為半導(dǎo)體激光器的情況下，紅色激光的波長(zhǎng)Ar大約是600nm到700nm,綠色激光的波長(zhǎng)\ g大約是500nm到600nm,并且藍(lán)色激光的波長(zhǎng)入b大約是400nm到500nm。例如，紅光激光器11R、綠光激光器IlG和藍(lán)光激光器IlB均以脈沖方式發(fā)光。具體地，紅光激光器IlR以預(yù)定發(fā)射頻率flr[Hz]間斷地發(fā)出紅色激光(發(fā)射周期Tr=l/flr)。綠光激光器IlG以預(yù)定發(fā)射頻率flg[Hz]間斷地發(fā)射綠色激光(發(fā)射周期Tg=l/flg)。藍(lán)光激光器IlG以預(yù)定發(fā)射頻率fib [Hz]間斷地發(fā)射藍(lán)色激光(發(fā)射周期Tb=l/flb)。此外，例如，紅色激光、綠色激光、和藍(lán)色激光可以順序地且時(shí)分地以這個(gè)順序發(fā)射。發(fā)射頻率fir、fig、和fib指示各自的激光的基頻。這里，例如，假設(shè)發(fā)射頻率Hr、fig和fib彼此相等(在下文中，在假設(shè)flr=flg=flb=fl為真的情況下適當(dāng)描述)。盡管在這里發(fā)射頻率f I通常是大約60到120 [Hz]，可以根據(jù)投影器(投影顯示器3)上的顯示圖像質(zhì)量和/或其他因素確定發(fā)射頻率H，但不限制于此。透鏡12R和12G是分別對(duì)從紅光激光器I IR發(fā)出的紅色激光和從綠光激光器IIG發(fā)出的緑色激光進(jìn)行準(zhǔn)直(從而形成平行光)以便與ニ向色棱鏡131耦合的透鏡。類似地，透鏡12B是對(duì)從藍(lán)光激光器IlB發(fā)出的藍(lán)色激光進(jìn)行準(zhǔn)直(從而形成平行光)以便與ニ向色棱鏡132耦合的透鏡(耦合透鏡)。應(yīng)當(dāng)注意，盡管在這里這些透鏡12R、12G和12B每個(gè)都準(zhǔn)直入射激光(以形成平行光)，但是這不是限制性的，并且透鏡12R、12G和12B也可以不準(zhǔn)直入射激光(可以不形成平行光)。然而，如上所述，通過準(zhǔn)直入射激光，顯示器構(gòu)造的尺寸有利地減小。ニ向色棱鏡131是選擇性地透射通過透鏡12R接收的紅色激光同時(shí)選擇性地反射通過透鏡12G接收的綠色激光的透鏡。ニ向色棱鏡132是選擇地透射從ニ向色棱鏡131發(fā)出的紅色激光和綠色激光同時(shí)選擇性地反射通過透鏡12B接收的藍(lán)色激光的透鏡。這允許紅色激光、綠色激光和藍(lán)色激光的顏色組合(光路組合)。光學(xué)元件14設(shè)置在光源和復(fù)眼透鏡17之間的光路上(具體地，在ニ向色棱鏡132和準(zhǔn)直透鏡16之間的光路上)。光學(xué)元件14是減少所謂的斑點(diǎn)噪聲(干涉圖案)的光學(xué)元件，沿著所示光軸ZO前進(jìn)的激光穿過光學(xué)元件14。換句話說，從光源部(紅光激光器11R、綠光激光器IlG和藍(lán)光激光器11B)以發(fā)射頻率fl (=flr、fig和fib)間斷地發(fā)射的三種類型的激光(紅光激光器、 綠光激光器和藍(lán)光激光器)每種都穿過光學(xué)元件14。驅(qū)動(dòng)部15移動(dòng)光學(xué)元件14和復(fù)眼透鏡17之間的相對(duì)位置從而改變?cè)趶?fù)眼透鏡17的入射面中激光的入射位置和入射角中的ー個(gè)或者兩者(入射位置和/或入射角)。例如，驅(qū)動(dòng)部15通過(精細(xì)地)振動(dòng)光學(xué)元件14移動(dòng)該相對(duì)位置。應(yīng)當(dāng)注意，驅(qū)動(dòng)部15由例如線圈和永磁體(例如，包括諸如釹(Nd)、鐵(Fe)、和硼(B)的材料的永磁體)構(gòu)造。準(zhǔn)直透鏡16是放置在光學(xué)元件14和復(fù)眼透鏡17之間的光路上的透鏡，其準(zhǔn)直從光學(xué)元件14發(fā)出的光(以形成平行光)。復(fù)眼透鏡17是包括ニ維設(shè)置在基底上的多個(gè)透鏡的光學(xué)元件(積分器)，根據(jù)透鏡的設(shè)置空間分開入射光束，井出射分光束。因此，從復(fù)眼透鏡17以照明光的形式均勻發(fā)光(在平面中具有均勻的強(qiáng)度分布)。聚光透鏡18是接收從復(fù)眼透鏡17均勻發(fā)出的光(照明光)并會(huì)聚該照明光的透鏡。(顯示光學(xué)系統(tǒng))顯示光學(xué)系統(tǒng)由偏振分束器(PBS)22、光調(diào)制元件21和投影透鏡23 (投影光學(xué)系統(tǒng))構(gòu)造。偏振分束器22是選擇性地透射特定偏振光(例如，s偏振光)并選擇性地反射另ー個(gè)偏振光(例如，P偏振光)的光學(xué)兀件。因此，來自照明系統(tǒng)I的照明光(例如，s偏振光)被偏振分束器22選擇性地反射，進(jìn)入光調(diào)制元件21，并且從光調(diào)制元件21發(fā)出的圖像光(例如，P偏振光)被偏振分束器22選擇性地透射，進(jìn)入投影透鏡23。光調(diào)制元件21是通過基于從未示出的顯示控制部提供的圖像信號(hào)調(diào)制來自照明系統(tǒng)I的照明光發(fā)出圖像光的兀件。例如，光調(diào)制兀件21由諸如娃基液晶(LCOS)的液晶裝置(反射型液晶裝置)或者數(shù)字微鏡面裝置(DMD)構(gòu)造。這里，光調(diào)制元件21反射光，使得入射光和出射光之間的偏振光類型不同(例如，s偏振光和p偏振光)。投影透鏡23是(可擴(kuò)張地)將由光調(diào)制元件21調(diào)制的照明光(圖像光)投影到屏幕30上的透鏡。[實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)上免聚焦功能的詳細(xì)構(gòu)造] 現(xiàn)在根據(jù)實(shí)施方式描述實(shí)現(xiàn)投影顯示器3的實(shí)質(zhì)上免聚焦功能的詳細(xì)構(gòu)造。(計(jì)算條件式的方法)首先，例如，如圖2所示，光調(diào)制元件21被認(rèn)為具有置于矩陣中的多個(gè)像素210，每個(gè)像素都具有正方形平面形狀。這里，光調(diào)制元件21具有橫向(水平或Z軸)方向上的長(zhǎng)度H’、縱向(豎直或者Y軸)方向上的長(zhǎng)度V’、對(duì)角線尺寸(英寸數(shù))W’、在水平方向(ー邊方向)上的像素?cái)?shù)(像素210的數(shù)目)ph和垂直方向(另ー邊方向)上的像素?cái)?shù)pv。此外，例如，如圖3中所示，從投影顯示器3投影到屏幕30上的投影圖像4具有在橫向(水平或者Z軸)方向上的長(zhǎng)度(投影橫向?qū)挾?H、在縱向(豎直或者Y軸)方向上的長(zhǎng)度(投影縱向?qū)挾?V,和對(duì)角線尺寸(英寸數(shù))W。此外，如圖3所示，當(dāng)從投影顯示器3到屏幕30 (投影圖像4)的距離(投影距離)表示為s時(shí)，投影顯示器3本身的投影縮放比T被定義為“投影距離s”/ “在投影圖像4的ー邊方向上的距離L (這里，投影橫向?qū)挾菻)”。這里，當(dāng)投影透鏡23具有焦距f [mm]和可容許的模糊圈(circle of confusion)e時(shí)，前景深al[mm]和后景深a2 [mm]分別由下列公式(I)和(2)表示。在該公式中，投影顯示器3中投影透鏡23的F-數(shù)(幾何F-數(shù))表示為F。應(yīng)當(dāng)注意，投影距離“s”表示從投影透鏡23的物方主點(diǎn)的距離。
權(quán)利要求
1.一種投影顯示器，包括 光源部； 光調(diào)制元件，基于圖像信號(hào)調(diào)制從所述光源部發(fā)出的光；以及投影透鏡，將由所述光調(diào)制元件調(diào)制的光投影到投影平面上，其中，滿足下列公式(I)和(2): {(4FR，)/CT TphR)} ^ O. 015...... (I) W，彡 O. 5..... (2) 其中F為所述投影透鏡的F-數(shù);W’為所述光調(diào)制元件的對(duì)角線尺寸(英寸數(shù))；ph為所述光調(diào)制元件的一邊方向上的像素?cái)?shù)；T為所述投影顯示器本身的投影縮放比(=投影距離s/在所述投影平面上的投影圖像的所述一邊方向上的距離L);R為所述投影透鏡的出瞳的半徑；1為在所述投影透鏡的出瞳中的光量分布中，沿徑向?qū)χ钡剿龀鐾陌霃絉的光量進(jìn)行積分得到的積分光量；以及I’(=1/2)為在所述出瞳中的光量分布中，以所述光量分布的重心為中心，沿徑向?qū)χ钡筋A(yù)定半徑R’的光量進(jìn)行積分得到的積分光量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影顯示器，其中，滿足T< 1.36。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的投影顯示器，其中，滿足T> O. 8。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影顯示器，其中，滿足O.4彡(F/F’)彡O. 8，其中F’為所述投影透鏡的偽F-數(shù)，被定義為F’ ={(2FR’)/R}。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的投影顯示器，其中，滿足{(4FR’)/(W，TphR)}彡0.018。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的投影顯示器，其中，滿足{(4FR’)/(W，TphR)}彡0.026。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的投影顯示器，其中，滿足F’( 10.0。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的投影顯示器，其中，從所述投影透鏡投影到所述投影平面上的光的光通量大約為30[lm]以上。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影顯示器，其中，滿足所述公式(2)及以下公式(3) {(2F)/CT Tph)}彡 O. 015...... (3)
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影顯示器，其中，所述光源部包括激光源。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的投影顯示器，其中，所述光調(diào)制元件由數(shù)字微鏡面裝置和液晶元件中的一個(gè)構(gòu)造而成。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的投影顯示器，其中，所述光調(diào)制元件由具有無機(jī)配向膜和有機(jī)配向膜中的一種的液晶元件構(gòu)造而成，并且滿足Ph彡1000。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的投影顯示器，其中，所述激光源為藍(lán)色激光器。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影顯示器，其中， 所述光調(diào)制元件中各個(gè)像素的平面形狀為正方形，以及 水平方向和垂直方向中的一個(gè)或兩個(gè)作為所述一邊方向，滿足所述公式(I)和(2 )。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的投影顯示器，其中， 所述光調(diào)制元件中各個(gè)像素的平面形狀為矩形，以及 各個(gè)像素的短軸方向作為所述一邊方向，滿足所述公式(I)和(2 )。
全文摘要
本發(fā)明涉及投影顯示器，其滿足公式{(4FR’)/(W’TphR)}≥0.015和W’≤0.5，其中，F(xiàn)為所述投影透鏡的F-數(shù)；W’為所述光調(diào)制元件的對(duì)角線尺寸(英寸數(shù))；ph為所述光調(diào)制元件的一邊方向上的像素?cái)?shù)；T為所述投影顯示器本身的投影縮放比(=投影距離s/在所述投影平面上的投影圖像的所述一邊方向上的距離L)；R為所述投影透鏡的出瞳的半徑；I為在所述投影透鏡的出瞳中的光量分布中，沿徑向?qū)_(dá)到所述出瞳的半徑R的光量進(jìn)行積分得到的積分光量；以及I’(=I/2)為在所述出瞳中的光量分布中，以所述光量分布的重心為中心，沿徑向?qū)_(dá)到預(yù)定半徑R’的光量進(jìn)行積分得到的積分光量。
文檔編號(hào)G03B21/00GK103034031SQ20121037636
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月7日
發(fā)明者安井利文 申請(qǐng)人:索尼公司